Солнечные батареи: 3 вида

Комплектация батарей

О солнечных батареях множество людей думают ошибочно. Ведь сама по себе панель на крыше не может дать переменный ток.

Чтобы обеспечить жилище электричеством, придется приобрести:

1. Собственно солнечные панели. Это тот элемент конструкции, который крепится на стены или крышу дома. При попадании кванта солнечного света кремниевые кристаллы начинают колебаться, и создается электрический ток.
2. Аккумулятор. Энергия, которая не пошла на расход бытовых нужд, аккумулируется в этом приборе, и потом ночью или в ненастную погоду она расходуется.
3. Контроллер напряжения. Этот элемент является скорее не обязательным, а желательным. Он повышает продолжительность жизни аккумулятора, сообщает о его предельно низком и высоком заряде.
4. Инвертор, или преобразователь энергии. В аккумуляторе электрический ток находится в постоянном значении, а для бытовых нужд необходим переменный. Инвентор и совершает данное преобразование.

Как мы видим, солнечные панели – это лишь малая часть системы. Они сами состоят из более мелких элементов – модулей. Раз устройство данных элементов питания модульное, при необходимости посредством подсоединения составляющих вы можете добавить панели или убрать лишние.

Технология изготовления

Вначале следует спаять фотоэлементы между собой. Если вы купили элементы с металлическими выступами, то тогда можно просто спаять ушки батарей между собой. Делать это нужно очень внимательно и аккуратно. После пайки соединенные компоненты необходимо приклеить к подложке в верхней части панели. Это лучше сделать при помощи специального силиконового клея, который никак не препятствует проникновению солнечных лучей. Кроме того, он способствует нормальному теплообмену. Однако, не переусердствуйте с клеем, так как это может привести к повреждению батарей. Клеить нужно только центр клеток. Далее все элементы нужно соединить с проводом, который подается в одной из заранее предусмотренных вентиляционных отверстий. Для закрепления провода к солнечным элементам лучше использовать силиконовую замазку. Интересное: Солнечная панель своими руками.

На следующем этапе поверх панелей устанавливается оргстекло. Однако, до этого следует подключить диод Шоттки от чувствительных теплопроводящих компонентов. Этот диод послужит блокирующим устройством, которое защитит фотоэлементы при перепадах напряжения. Кроме того, диод Шоттки будет отключать питание системы при маленькой мощности электросети. Так аккумуляторы, заряжаемые от солнца, не будут разряжаться при прекращении питания. Когда диод будет подключен, можно ставить оргстекло и закреплять его винтами. Технология изготовления солнечных панелей является достаточно простой и понятной

Единственное, важно правильно соблюдать последовательность соединения, иначе вся система не будет работать

https://youtube.com/watch?v=3apKOZn-_B4

Как работает солнечная батарея

Принцип работы солнечной батареи основан на наличии полупроводника в виде двух пластин, соединенных друг с другом. Каждая пластина изготавливается из кремния с использованием дополнительных примесей. Благодаря этому пластины обладают своими уникальными свойствами. Первая из них имеет избыток валентных электронов, а вторая имеет недостаток этих электронов. Эти полупроводники получили название n и p. Если эти полупроводники соединить в единое целое, то можно получить PN-переход в месте контакта между ними. В то время, когда на батарею попадают прямые солнечные лучи, на обеих сторонах этого перехода начинают накапливаться положительные и отрицательные плавающие нагрузки. В результате генерируется напряжение и возникает магнитное поле. Если подсоединить к такому элементу провод, по нему потечет электричество.

Как подключить солнечную батарею

Как только вы изготовите солнечную панель, можно начинать заниматься ее подключением. Можно не подключать ее напрямую к сети, чтобы избежать потерь электроэнергии. То есть, желательно установить автономную систему с аккумуляторами. Они будут заряжаться от солнечных батарей каждый день и быстро разряжаться. При этом, глубина разрядки может быть довольно существенной. Поэтому, аккумуляторы могут быстро выйти из строя. Для того, чтобы этого не произошло, лучше оставить подключение к сети через гибридный батарейный инвертор. Это устройство будет отдавать фотоэлементам приоритет при распределении нагрузки. Инвертор не будет отдавать излишки электроэнергии в сеть, а будет передавать ее на аккумуляторы. Такой вариант является одним из наиболее оптимальных. Эта система состоит из гибридного инвертора, контроллера заряда солнечных панелей и аккумуляторов. Такой механизм сможет работать не только как основная, но и как резервная система электропитания.

Кто поставляет нам солнечные батареи?

Солнечные панели – дело очень перспективное, а главное прибыльное. Количество покупаемых солнечных батарей увеличивается с каждым годом. Что обеспечивает постоянный рост объемов продаж, в котором заинтересован любой завод по производству солнечных батарей, а их по всему миру немало.

На первом месте стоят, конечно, китайские компании. Низкая стоимость солнечных батарей, которые китайцы экспортируют по всему миру, привела к появлению множества проблем у других крупнейших компаний. За последние 2-3 года о закрытии производства солнечных панелей объявили, по меньшей мере, 4 немецких бренда. Началось все с банкротства компании Solon, после которой закрылись Solarhybrid, Q-Cells и Solar Millennium. Американская компания First Solar также заявила о закрытии своего завода во Франкфурте-на-Одере. Свое производство панелей свернули и такие гиганты как Siemens и Bosch. Хотя, учитывая, что китайские солнечные батареи стоят, к примеру, почти в 2 раза дешевле немецких аналогов, удивляться здесь нечему.

Первые места в топе компаний, производящих солнечные панели, занимают:

• Yingli Green Energy (YGE) является ведущим производителем солнечных батарей. За 2012 год ее прибыль составила более 120 млн. $. Всего она установила солнечных модулей более чем на 2 ГВт. Среди ее продукции панели из монокристаллического кремния мощностью 245-265 Вт и поликристаллические кремниевые батареи мощностью 175-290 Вт.
• First Solar. Хоть эта компания и закрыла свой завод в Германии, в числе крупнейших она все-таки осталась. Ее профиль – это тонкопленочные панели, мощность которых за 2012 год составила около 3,8 ГВт.
• Suntech Power Ко. Производственные мощности этого китайского гиганта составляют примерно 1800 МВт в год. Около 13 млн солнечных батарей в 80 странах мира – это результат труда этой компании.

Среди российских заводов следует выделить:

Более полный перечень фирм, изготавливающих и поставляющих оборудование и изделия для солнечной энергетики, вы найдете в нашем Каталоге производителей и поставщиков.

При таких темпах строительства, следует ожидать повсеместного использования солнечных модулей. Но это и неплохо. Экологичный энергетический источник, дающий бесплатную энергию, сможет решить множество проблем, связанных с загрязнением окружающей среды и истощением запасов природного топлива.

В условиях постоянного повышения цен на энергоресурсы, все больше внимания уделяется альтернативным источникам электроэнергии. Таким путем снижается зависимость от централизованных поставок, улучшается экологическая обстановка. Одним из направлений является производство солнечных батарей, которое к настоящему времени в целом обеспечивает растущие потребности населения.

Виды и особенности СБ

Классификация СБ по типу использования выглядит следующим образом:

• Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Это полупроводниковые конфигурации, преобразовывающие солнечную энергию в электрический ток. Солнечной батареей называется комплекс таких преобразователей.
• Гелиоэлектростанции (ГЕЭС). Эти установки при помощи полученной энергии от солнца приводят в действие турбинную, паровую технику.
• Солнечные коллекторы (СК). Это обогревательные приборы, используемые для независимого отопления жилых домов, подачи горячей воды.

Существуют следующие виды солнечных батарей, которые различаются по принципу расположения атомов в кремниевой пластине:

• монокристаллическое солнечные элементы изготавливают из чистого кремния. Из расплава этого материала забирается семя, из которого произрастает монокристалл. Полученный стержень делят на пластины толщиной до 0,4 мм. Образуются специальные ячейки, которых должно быть не менее 36 штук. Монокристаллические батареи пользуются популярностью, так как обладают высоким КПД – 19%.
• поликристаллические элементы состоят из кремния, который получают при помощи химической реакции, происходящей в процессе медленного охлаждения кремниевого расплава. В отличие от монокристаллического способа получение солнечных элементов таким образом более экономично. КПД таких элементов составляет 10%.
• аморфные элементы. Пленка из расплавленного кремния наносится на основу. Затем конструкцию покрывают дополнительной защитой. Такие элементы называют тонкопленочные солнечные батареи. Коэффициент полезного действия этой установки слишком мал, в сравнении с кристаллическими элементами. Но такой вид СБ самый дешевый.

Использование солнечных батарей рассматривается в качестве альтернативного способа получения электрического тока

Сегодня этому методу уделяется пристальное внимание потому что энергия солнца неиссякаема. Чтобы правильно рассчитать солнечные батареи для дома нужно учесть такие факторы, как средний объем электропотребления в доме, вид используемых батарей и т

д

Мощность СБ полностью зависит от размера и качества используемого фотоэлемента. Преимущество такого устройства в его полной безопасности для внешней среды

д. Мощность СБ полностью зависит от размера и качества используемого фотоэлемента. Преимущество такого устройства в его полной безопасности для внешней среды.

Чтобы произвести , время их работы и общую мощность. Узнать эти данные можно из сопроводительной документации к технике. Суточное потребление электроэнергии холодильником составляет 1 000 Вт, телевизор 100 Вт в час, компьютер – 60 Вт в час. Для удобства расчета составляют таблицу. В нее вносят все приборы, потребляющие электроэнергию, их мощность, часы работы в сутки и месяц. Таблица поможет произвести более точный расчет.

Мощность СБ напрямую зависит от размера и количества панелей

Для каждого прибора рассчитывается общая расходуемая мощность путем умножения количества рабочих часов на номинальную мощность. Сложив вместе мощность всех потребителей энергии получаем итоговую мощность СБ. Солнечные аккумуляторы имеют определенную емкость. Обязательно должно быть просчитано время нахождения батареи на солнце для определения этого параметра. Например, в Центральном регионе России один метр СБ производит в среднем 450 Ватт электричества в сутки.

Напряжение

Как правило, панели выпускаются с выходным напряжением 12 В. Но для заряда аккумуляторов необходимо иметь в системе напряжение выше, чем из рабочее, да и преобразование из постоянного в переменное выгоднее по КПД производить с более высоких значений.

Какое выходное напряжение на Ваших солнечных панелях?

12 В / 24 В36 В / 48 В

Поэтому принята стандартная практика использовать напряжения:

• 12 В для систем с потреблением на более 1 кВт.
• 24 В или 36 В – при потреблении до 5 кВт.
• 48 В – при мощности свыше 5 кВт.

Для получения таких напряжений используют последовательное включение панелей (наборов панелей).

Как рабо­тают сол­неч­ные батареи другими словами

Сол­неч­ная бата­рея рабо­тает сле­ду­ю­щим образом.

1. Фотоны уда­ря­ются о поверх­ность сол­неч­ной бата­реи и погло­ща­ются её рабо­чим мате­ри­а­лом, напри­мер крем­нием.
2. Фотоны, стал­ки­ва­ясь с ато­мами веще­ства выби­вают из него его род­ные элек­троны. В резуль­тате чего воз­ни­кает раз­ность потен­ци­а­лов. Сво­бод­ные элек­троны начи­нают дви­гаться внутри веще­ства, чтобы пога­сить раз­ность потен­ци­а­лов. Воз­ни­кает элек­три­че­ский ток. Так как сол­неч­ная бата­рея это полу­про­вод­ник, элек­троны дви­жутся только в одном направ­ле­нии.
3. Получаемый ток солнечная батарея преобразует в постоянный и отдает его потребителю или аккумулятору.

Технология, по которой изготовлена солнечная батарея, влияет на её КПД 

Считается, что в идеале солнечная батарея имеет близкий к 20 % КПД. Однако на практике и по данным специалистов он примерно равен всего 10 %, при том, что для каких солнечных батарей больше, для каких то меньше. В основном это зависит от технологии, по которой выполнен p-n переход. Самыми ходовыми и имеющими наибольший процент КПД продолжают являться солнечные батареи, изготовленные на основе монокристалла или поликристалла кремния. Причем вторые из-за относительной дешевизны становятся все распространеннее. К какому типу конструкции солнечная батарея относится можно определить невооруженным глазом. 

Монокристаллические светопреобразователи имеют исключительно чёрно-серый цвет, а модели на основе поликристалла кремния выделяет синяя поверхность. Поликристаллические солнечные батареи, изготавливаемые методом литья, оказались более дешевыми в производстве. Однако и у поли- и монокристаллических пластин есть один недостаток — конструкции солнечных батарей на их основе не обладают гибкостью, которая в некоторых случаях не помешает. 

Ситуация меняется с появлением в 1975 году солнечной батареи на основе аморфного кремния, активный элемент которых имеет толщину от 0,5 до 1 мкм, обеспечивая им гибкость. Толщина обычных кремниевых элементов достигает 300 мкм. Однако, несмотря на светопоглощаемость аморфного кремния, которая примерно в 20 раз выше, чем у обычного, эффективность солнечных батарей такого типа, а именно КПД не превышает 12 %. Для моно- и поликристаллических вариантов при всем этом он может достигать 17 % и 15 % соответственно. 

Материал, из которого изготовлены пластины, влияет на характеристики солнечных батарей 

Чистый кремний в производстве пластин для солнечных батарей практически не используется. Чаще всего в качестве примесей для изготовления пластины, вырабатывающей положительный заряд, используется бор, а для отрицательно заряженных пластин мышьяк. Кроме них при производстве солнечных батарей все чаще используются такие компоненты, как арсенид, галлий, медь, кадмий, теллурид, селен и другие. Благодаря ним солнечные батареи становятся менее чувствительными к перепадам окружающих температур. 

В современном мире отдельно от других устройств солнечные батареи используются все реже, чаще представляя собой так называемые системы. Учитывая, что фотоэлектрические элементы вырабатывают электрический ток только при прямом воздействии солнечных лучей или света, ночью или в пасмурный день они становятся практически бесполезными. С системами на солнечных батареях всё иначе. Они оборудованы аккумулятором, способным накапливать электрический ток днем, когда солнечная батарея его вырабатывает, а ночью, накопленный заряд может отдавать потребителям.

Принцип работы солнечных панелей | Электрика в доме

Применение солнечных батарей

Использование солнечной энергии для создания солнечных электростанций является очень выгодным и не таким уж дорогим источником электроэнергии. Широкое применение солнечных батарей нашли не только в промышленности и других отраслях, но и для индивидуальных нужд.

Со временем солнечные батареи становятся дешевле и все большее число людей приобретают их и используют в качестве источника альтернативной энергии. На солнечных панелях работают калькуляторы, радиоприемники, фонари на аккумуляторах с подзарядкой от солнечной панели.

Есть даже корейский мобильный телефон, который может заряжаться от солнечных панелей. Появились небольшие переносные электростанции на солнечных панелях, которыми пользуются туристы, рыбаки, охотники. Сейчас никого не удивишь автомобилем с солнечной панелью на крыше.

Как работают солнечные батареи

Солнечная панель состоит из множества фотоэлементов, которые при освещении солнечными лучами создают разность потенциалов.  Теперь, соединяя эти фотоэлементы последовательно, мы увеличим величину постоянного напряжения, а соединяя параллельно, увеличим силу тока.

Т. е., соединяя фотоэлементы последовательно – параллельно мы можем достичь большой мощности солнечной панели. Также батареи можно собирать параллельно и последовательно в модуле и добиться значительного увеличения напряжения, тока и мощности такого модуля.

Принцип работы солнечной панели

Кроме солнечных батарей схема имеет еще такие устройства как контроллер, необходимый для контроля заряда аккумулятора, инвертор имеет функцию преобразования постоянного напряжения в стабильное переменное, для потребителей электроэнергии. Аккумуляторы предназначены для накопления электроэнергии.

Как работают фотоэлементы солнечной батареи

Еще Беккерель доказал, что энергию солнца можно преобразовать в электричество, освещая специальные полупроводники. Позднее эти полупроводники стали называть фотоэлементами. Фотоэлемент представляет собой два слоя полупроводника имеющих разную проводимость. С обеих сторон к этим полупроводникам припаиваются контакты для подключения в цепь. Слой полупроводника с n проводимостью является катодом, а слой с p проводником анодом.

Проводимость n называют электронной проводимостью, а слой p дырочной проводимостью. За счет передвижения «дырок» в p слое во время освещения, создается ток. Состояние атома потерявшего электрон называется «дырка». Таким образом, электрон перемещается по «дыркам» и создается иллюзия движения «дырок».

Принцип работы фотоэлемента

В действительности «дырки» не передвигаются. Граница соприкосновения проводников с разной проводимостью называется p-n переходом.  Создается аналог диода, который выдает разность потенциалов при его освещении. Когда освещается n проводимость, то электроны, получая дополнительную энергию, начинают проникать сквозь барьер p-n перехода.

Число электронов и «дырок» меняется, что приводит к появлению разности потенциала, и при замыкании цепи появляется ток. Величина разности потенциала зависит от размеров фотоэлемента, силы света, температуры. Основной первого фотоэлемента стал кремний. Однако высокую чистоту кремния получить трудно, стоит это недешево.

Когда освещается n проводимость, то электроны, получая дополнительную энергию, начинают проникать сквозь барьер p-n перехода. Число электронов и «дырок» меняется, что приводит к появлению разности потенциала, и при замыкании цепи появляется ток

Поэтому сейчас ищут замену кремнию. В новых разработках кремний заменен на многослойный полимер с высоким КПД до 30%. Но такие солнечные панели дорогие, и пока отсутствуют на рынке. КПД солнечных батарей можно повысить, если устанавливать их на южной стороне и под углом не меньше 30 градусов.

Рекомендуется, солнечные батареи устанавливать на устройство слежения за движением солнца. Это устройство передвигает панели таким образом, чтобы они получали максимально возможное освещение лучами солнца от восхода до заката. При этом КПД солнечных панелей возрастает достаточно сильно.

Солнечная батарея и ветрогенератор

Схемы, в которых соседствуют различные источники энергии, должны строиться на общей характеристике — одинаковое напряжение источников, т.к. иначе потребуются разные контроллеры зарядки и, возможно, инверторы (если разброс по мощности источников большой), а схема блока АКБ позволяет подстраиваться под напряжение источников.

Подключение источника с генератором переменного тока с параметрами сети несколько изменяет схему подключения. На рисунке представлен самый общий вариант без блока подзарядки АКБ (контроллер и трансформатор с выпрямителем, которые отбирают энергию от внешнего источника переменного тока).

Схема подключения усложняется в случае, если автономная система подключена к централизованной сети. В России не отрегулированы ситуации, когда частный потребитель может отдавать излишки энергии в сеть. Кроме этого, переключение не бывает «гладким», т.е. происходит перепад напряжения длительностью 0,3-1 секунды в зависимости от сложности переключателя.

Сложность схемы подключения возрастает с подключением других источников. Вот некоторые вопросы, которые приходится рассматривать при сложной комплектации:

• Согласование характеристик источников, устройств управления и преобразования энергии,
• Надежность системы, в сочетании с проблемами утилизации избыточной энергии.

В целом ряде ситуаций могут оказать помощь наши специалисты. Для этого можно использовать сервисы сайта: онлайн-консультант и форму обратной связи.

Альтернативный источник энергии на базе солнечных батарей – отличный вариант для организации независимого энергоснабжения. Он обеспечит высокую энергетическую эффективность не только в знойные деньки, но и в пасмурную погоду. Было бы неплохо иметь такое устройство у себя дома, не так ли?

Для этого нужно лишь грамотно подобрать технические компоненты и произвести монтаж. Сделать это может каждый, зная схемы и способы подключения солнечных батарей. Мы расскажем, как сооружается производительная система, перерабатывающая «зеленую энергию» в электричество, необходимое для питания бытового оборудования.

Кроме того, вы узнаете, как выбрать место для установки гелиопанелей и как совместить их со стационарной электросетью. Полезные советы и важные рекомендации окажут действенную помощь домашним мастерам. Для упрощения восприятия приведены тематические фотографии, схемы и видеоролики.

Планируя выполнить подключение солнечных панелей собственноручно, необходимо иметь представление, из каких элементов состоит система.

Солнечные панели состоят из комплекта , основное предназначение которых – преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Сила тока системы зависит от интенсивности света: чем ярче излучения, тем больший ток генерируется.

Помимо солнечного модуля в устройство такой электростанции входят фотоэлектрические преобразователи — контроллер и инвертор, а также подключенные к ним аккумуляторы

Основными конструктивными элементами системы выступают:

• Солнечная батарея – преобразует солнечный свет в электрическую энергию.
• Аккумулятор – химический источник тока, который накапливает сгенерированную электроэнергию.
• Контроллер заряда – следит за напряжением аккумуляторов.
• Инвертор, преобразующий постоянное электрическое напряжение аккумуляторной батареи в переменное 220В, которое необходимо для функционирования системы освещения и работы бытовой техники.
• Предохранители, устанавливаемые между всеми элементами системы и защищающие систему от короткого замыкания.
• Комплект коннекторов стандарта МС4.

Помимо основного предназначения контроллера – следить за напряжением аккумуляторов, устройство по мере необходимости отключает те или иные элементы. Если показатель на клеммах аккумулятора в дневное время достигает отметки в 14 Вольт, что указывает на их перезарядку, контроллер прерывает зарядку.

В ночной период, когда показатель напряжения аккумуляторов достигает предельно низкой отметки в 11 Вольт, контроллер останавливает работу электростанции.

Эффективность батарей гелиосистемы

Один фотоэлемент даже в полдень при ясной погоде выдает совсем немного электроэнергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонарика.

Чтобы повысить выходную мощность, несколько ФЭП объединяют по параллельной схеме для увеличения постоянного напряжения и по последовательной для повышения силы тока.

Эффективность солнечных панелей зависит от:

• температуры воздуха и самой батареи;
• правильности подбора сопротивления нагрузки;
• угла падения солнечных лучей;
• наличия/отсутствия антибликового покрытия;
• мощности светового потока.

Чем ниже температура на улице, тем эффективней работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь все просто. А вот с расчетом нагрузки ситуация сложнее. Ее следует подбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от погодных факторов.

Гелиопанели выпускаются с расчетом на выходное напряжение, кратное 12 В – если на аккумулятор надо подать 24 В, то две панели к нему придется подсоединить параллельно

Постоянно отслеживать параметры солнечной батареи и вручную корректировать ее работу проблематично. Для этого лучше воспользоваться контроллером управления, который в автоматическом режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы добиться от нее максимальной производительности и оптимальных режимов работы.

Идеальный угол падения лучей солнца на гелиобатарею – прямой. Однако при отклонении в пределах 30-ти градусов от перпендикуляра эффективность панели падает всего в районе 5%. Но при дальнейшем увеличении этого угла все большая доля солнечного излучения будет отражаться, уменьшая тем самым КПД ФЭП.

Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее следует сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнца, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.

Для московского региона – это приблизительно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум нужен зимой, то панель надо ставить в более вертикальном положении.

И еще один момент – пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а значит и преобразовывать в электроэнергию нечего. Панели необходимо регулярно мыть либо ставить так, чтобы пыль смывалась дождем самостоятельно.

Некоторые солнечные батареи имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Однако при сильной облачности эти линзы приносят только вред.

Если обычная панель в такой ситуации будет продолжать генерировать ток пусть и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит практически полностью.

Солнце батарею из фотоэлементов в идеале должно освещать равномерно. Если один из ее участков оказывается затемненным, то неосвещенные ФЭП превращаются в паразитную нагрузку. Они не только в подобной ситуации не генерируют энергию, но еще и забирают ее у работающих элементов.

Панели устанавливать надо так, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, зданий и иных преград.